对空间的观测主要是利用各种光学设备接收来自天体不同波段的辐射或对天体成像，以测定它们的位置，研究它们的结构和成分，探索它们的运动和演化规律。将光学仪器设置在空间是为避开地球大气对光波传输和成像质量的严重影响。

1946年利用V-2火箭发射摄像仪摄像是空间光学的最初工作。1957年苏联发射的第一颗人造地球卫星则推动该学科进入蓬勃发展时期。1973年美国发射了载人“天空实验室”，其上所携带的阿波罗望远镜，使从空间对太阳的观测发展到一个崭新阶段。中国于2003年10月成功发射载人飞船，为发展空间光学提供了机遇。

空间资源和空间的战略地位越来越引起各国的高度重视。随着空间科学、信息技术、探测和成像技术及器件的发展，空间光学将成为获取空间信息的重要手段。